8. Воспроизведение единицы времени
(звездное время)
В древности измерения больших и малых промежутков времени основывались на наблюдениях движений небесных светил, прежде всего Земли и Луны. Единица измерения больших интервалов времени — год, определяемый периодом обращения Земли вокруг Солнца. Сутки — единица времени, связанная с вращением Земли вокруг своей оси.
Вращение Земли вокруг оси относительно звёзд определяет звёздное время. Равномерная система счёта времени — эфемеридное время — вводится как независимый аргумент законов небесной механики и контролируется наблюдениями обращения Луны вокруг Земли. На основе эфемеридного времени составляются астрономические ежегодники.
Воспроизведение единицы времени
(атомное время)
Развитие электроники во второй половине XX века позволило получить принципиально новую, независимую от астрономических наблюдений систему счёта времени, основанную на применении высокоточных кварцевых часов, контролируемых квантовыми генераторами (атомными часами). В качестве эталонной единицы используется атомная секунда, величина которой определяется посредством резонансной частоты одного из энергетических переходов в атоме цезия 133.
В 1967 международным соглашением длительность секунды определена как 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями атома цезия-133.
Воспроизведение единицы длины
Длину метра определили как 1/400000000 (одну сорока-миллионную) часть парижского меридиана. Все работы по измерениям и обработке результатов измерений длины дуги меридиана между Дюнкерком и Барселоной проводились в течение 7 лет (с 1792 по 1799 гг.).
В результате был изготовлен платиновый стержень прямоугольного сечения длиной между торцами в 1 метр — концевая мера по современной терминологии. Этот первый эталон метра был в 1799 г. сдан на хранение в архив Французской республики и получил название «архивный метр».
Согласованное воспроизведение
единиц времени и длины
Для согласование единицы длины и единицы времени, воспроизводимой цезиевыми реперами частоты были созданы радиооптические частотные мосты (РОЧМ). Эти сложные комплексы, включающие набор стабилизированных лазеров, осуществляют переход между СВЧ радиоизлучением (эталон времени) и оптическим излучением (эталон длины).
На вход РОЧМ подается эталонная частота 5 МГц от генератора, синхронизированного с водородными генераторами эталона времени и частоты, откалиброванными по цезиевому реперу частоты. Мост умножает эту частоту до значения около 1014 Гц.
9Определение единицы массы
Килограмм — основная единица системы SI и первая производная единица метрической системы 1791 г. Она была выражена через метр и равнялась массе 1 дм воды при температуре ее максимальной плотности. В 1872 г. было принято новое определение, в соответствии с которым килограмм перестал быть связанным с метром, а стал равен массе архивного килограмма.
После подписания метрической конвенции 1875 г. одновременно с изготовлением прототипов будущих национальных эталонов метра из платиново-иридиевого сплава были изготовлены и 42 прототипа будущих национальных эталонов килограмма. Эти гири в течение более 100 лет являются эталоном.
Квантовый эталон массы
Квантовый эталон массы, как полагает С.А.Кононогов (ВНИИМС), будет основан на атомной единице массы и числе Авогадро или постоянной Планка. Для этого необходимо повышать точность определения фундаментальных физических констант (числа Авогадро, постоянной Планка), а также разрабатывать новые экспериментальные и теоретические методы нахождения масс элементарных частиц, атомов и молекул, методы создания сверхчистых материалов с заданными физическими характеристиками.
Другим направлением является определение «электрического килограмма», т.е. установление связи единицы массы с постоянной Планка через квантовый эффект Холла, эффект Джозефсона и ватт-весы